修井作業(yè)中井控裝置試壓問題的研究與解決

□ 王國鋒 □ 陳雄濤 □ 田 軍 □ 侯俊耀 □ 毛亞偉 □ 賈 瑜

川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業(yè)公司 西安 710021

1 修井作業(yè)中井控裝置試壓現(xiàn)狀

油氣田開發(fā)作為生產安全隱患較多的一個行業(yè),井噴和井涌往往對油氣田開采帶來巨大的經濟損失和人員傷亡,特別是井下修井作業(yè)更是井控風險高發(fā)的一項作業(yè),修井作業(yè)是指石油鉆井或者后續(xù)油氣井維護的一種作業(yè),為了確保油氣井順利使用,而采取的維護保養(yǎng)措施,主要包括復雜打撈、油氣井套管修復、套管內側鉆等。目前在修井作業(yè)的各個工序中,需要對封隔器和采油樹進行反復拆除安裝,特別是對老井修井首次換裝井口的井,需要對井口大四通和液壓雙閘板防噴器進行試壓檢驗,以達到消除安全隱患,確保試修工作安全順利進行。

據統(tǒng)計,2005年以前,國內各大油、氣田在完井時大多采用上懸掛井口完井。在修井作業(yè)中,為了保證修井作業(yè)安全順利進行,必須對井口及井控裝置進行試壓,目前主要采用的試壓方法為手動打壓泵+皮碗封隔器組合。對于上懸掛井口完井的油氣井,需要將皮碗封隔器連接在油管懸掛器下方,與入井管柱連接在一起,下入井內,懸掛于井口吊卡上,僅對半封閘板進行試壓。對于下懸掛井口完井的油氣井,則是將皮碗封隔器連接在油管懸掛器下方,與入井管柱連接在一起,下入井內,對半封閘板進行試壓,再卸除提升短節(jié),對全封閘板和井口裝置進行試壓。

手動打壓泵+皮碗封隔器的試壓方法在目前修井作業(yè)中的適用性越來越低,主要受兩方面制約。

第一,試壓裝置局限性。

皮碗封隔器依靠封隔器外徑與套管內徑的過盈及壓差實現(xiàn)密封,修井作業(yè)時套管內壁或多或少黏附有異物,會導致密封性變差,液體滲漏,試壓時無法穩(wěn)壓,一停泵壓力就下降,不符合Q/SY 02553—2018《井下作業(yè)井控技術規(guī)范》穩(wěn)壓10 min,壓降不超過0.7 MPa的要求。

手動試壓泵+皮碗封隔器是作業(yè)現(xiàn)場為了降低水泥車試壓的成本而采取的一種快捷的試壓方式,采用CY-1型手動試壓泵,其技術參數(shù)見表1。該試壓泵排量小,升壓緩慢,加上封隔器與套管之間的泄漏,無法穩(wěn)壓。對于油井,試壓至8 MPa～10 MPa,基本能滿足要求。對于氣井,試壓至25 MPa～35 MPa,或更高壓力,都無法滿足要求。

表1 CY-1型手動試壓泵技術參數(shù)

第二,試壓方法局限性。

水平井、超深井的試壓要求越來越高,皮碗封隔器自身具有密封性差、無法穩(wěn)壓的缺點。手動打壓泵+皮碗封隔器的試壓方法也不能滿足高壓井試壓的要求,。皮碗封隔器技術參數(shù)見表2。

表2 皮碗封隔器技術參數(shù)

對于上懸掛井口完井的井,不能對全封閘板進行試壓。

受上述因素制約,有必要研究一種新型的封隔器和試壓方法,從而滿足目前油氣井試壓的要求,保證修井作業(yè)井控安全。若能解決上述兩方面問題,則無論是高壓油氣井、低壓油氣井、上懸掛井口或者下懸掛井口完井的油氣井試壓問題,都可以得到解決。

2 設計方案

針對目前修井作業(yè)中井控裝置試壓面臨的兩方面問題,筆者提出帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴張式試壓封隔器的試壓設計方案。

2.1 可控壓水力擴張式試壓封隔器

針對皮碗封隔器依靠封隔器外徑與套管內徑的過盈及壓差實現(xiàn)密封的特點,設計了一種可控壓水力擴張式試壓封隔器,通過打壓,封隔器膠筒擴張,與套管內壁實現(xiàn)密封,完成坐封,缷壓后,膠筒依然坐封,即可對井控裝置進行試壓。該封隔器為整體結構,可懸掛50～80 t管柱懸重。封隔器膠筒采用K344型壓裂封隔器膠筒,能承受高壓。

封隔器主要由油管接箍、筒體、閥腔、連通孔、膠筒、下接頭、上壓帽、鋼球、彈簧組成,如圖1所示。試壓時,液壓通過打壓孔進入帶孔提升短節(jié),聚壓后,壓力作用在鋼球上,壓縮彈簧,克服彈簧的阻力,進入封隔器的內腔,通過連通孔作用在膠筒上,膠筒擴張,密封套管環(huán)空。停止打壓后,彈簧上頂鋼球,堵住缷壓通道,膠筒依然坐封。缷壓時,將手動缷壓桿插入提升短節(jié)內,手動缷壓桿的頂桿與鋼球接觸,擰緊一定圈數(shù)后,手動缷壓桿的頂桿下頂鋼球,下壓彈簧進行緩慢缷壓,膠筒回收解封。封隔器技術參數(shù)見表3。

▲圖1 可控壓水力擴張式試壓封隔器結構

表3 可控壓水力擴張式試壓封隔器技術參數(shù)

2.2 手動缷壓桿

可控壓水力擴張式試壓封隔器在試壓結束后,封隔器內腔充滿高壓,膠筒依然坐封,此時,需通過手動缷壓桿進行缷壓,使封隔器解封。

手動缷壓桿主要由連接桿、接頭、頂針組成,如圖2所示。連接桿為空心鋼管,與接頭焊接,為接頭在進行螺紋連接時傳遞扭矩。接頭為油管公螺紋,缷壓時與封隔器的油管接箍的母螺紋連接,為頂針提供下壓力。頂針為錐形結構,其下端的錐形下頂閥腔內的鋼球,使得鋼球下壓彈簧,產生缷壓通道。

▲圖2 手動缷壓桿結構

缷壓時,將手動缷壓桿插入帶孔提升短節(jié)內,緩慢右旋,手動缷壓桿的頂桿與鋼球接觸。擰緊一定圈數(shù)后,手動缷壓桿的頂桿下頂鋼球,鋼球下壓彈簧,缷壓通道打開,進行緩慢缷壓,膠筒靠自身彈力回收解封。

2.3 帶孔提升短節(jié)

帶孔提升短節(jié)主要由上接頭、打壓孔、本體、下接頭等組成,如圖3所示。下接頭為油管公螺紋,連接在油管懸掛器上,上提或下放管柱。坐封時,在打壓泵與封隔器之間形成供液通道,液壓從打壓孔進入,作用于封隔器上,實現(xiàn)封隔器的坐封。試壓時,關閉半封閘板,半封閘板環(huán)抱帶孔提升短節(jié),實現(xiàn)對半封閘板進行試壓。

▲圖3 帶孔提升短節(jié)結構

2.4 法蘭式懸掛器座

法蘭式懸掛器座主要用于上懸掛完井的油氣井,可將井內管柱連接在油管懸掛器上,將油管懸掛器座落在法蘭式懸掛器座上,主要解決對全封閘板的試壓問題。

法蘭式懸掛器座主要由法蘭盤、座落臺階、帶旁通懸掛器等組成,如圖4所示。法蘭式懸掛器座安裝在井口大四通與液壓雙閘板防噴器之間,當試壓封隔器下至預定位置時,油管懸掛器座落在法蘭式懸掛器座上,懸吊住井內鉆具。試壓半封閘板和全封閘板時,液壓通過懸掛器的旁通進入井內,實現(xiàn)對半封閘板和全封閘板的試壓。

▲圖4 法蘭式懸掛器座結構

3 可控壓水力擴張式試壓封隔器試壓方法

針對上懸掛井口完井的油氣井無法對防噴器的全封閘板進行試壓的問題,筆者設計一種法蘭式懸掛器座,將上懸掛井口轉換為下懸掛井口,在不改變井口裝置的情況下,極大簡化了試壓流程。

將試壓封隔器下至套管頭以下0.5～1.0 m,安裝法蘭式懸掛器座,將油管旋塞安裝于帶孔提升短節(jié)上,關閉油管旋塞。

通過帶孔提升短節(jié)注入壓力,壓力克服彈簧阻力,試壓封隔器坐封,對油管旋塞試壓。關閉半封閘板,從井口大四通閘門注入壓力,對套管頭、井口大四通及半封閘板進行試壓。缷除帶孔提升短節(jié)壓力,拆下提升短節(jié),關閉防噴器全封閘板,從套放閘門注入壓力,對防噴器全封閘板進行試壓。

用手動缷壓桿泄除封隔器壓力,封隔器解封。

帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴張式試壓封隔器的試壓方法不僅解決了皮碗封隔器自身密封性差、穩(wěn)壓效果差的問題,而且解決了不同類型井口井控裝置試壓的難題,極大地滿足了不同類型油氣井的試壓要求,保證修井作業(yè)井控安全。

4 結束語

針對手動打壓泵+皮碗封隔器試壓方法存在的局限性,筆者設計了帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴張式試壓封隔器的試壓方法,可有效解決老井修井作業(yè)時不同類型油氣井對套管頭、井口大四通及防噴器全封閘板無法試壓的難題。

可控壓水力擴張式試壓封隔器為整體結構,可承受70 MPa高壓,缷壓后不自動解封,一次坐封即可完成對半封閘板、全封閘板、井口大四通及套管頭的試壓工作。

帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴張式試壓封隔器的試壓方法簡化了修井作業(yè)試壓流程,提高了作業(yè)效率,保證了修井作業(yè)的安全可靠。